Генетика – це наука, що вивчає здатність організмів передавати свої ознаки потомству, яке іноді набуває відмінні від батьків риси.
У сферу вивчення генетики потрапляють:
- рослини;
- тварини;
- мікроорганізми;
- люди.
Дослідження мають важливе значення для медицини, сільського господарства, мікробіології та генетичної інженерії.
Історія зародження генетики
Генетика – це досить молода наука, яка постійно вдосконалюється і в наші дні, хоча ще в V столітті до н. е. були відомі дві основні концепції спадкування. Перше вчення, прихильником якого був Гіппократ, описувало появу репродуктивних клітин від усіх органів тіла. Проіснувало воно протягом багатьох століть.
На дослідах з горохом він відкрив закон непрямого успадкування характерних рис шляхом дискретних задатків, які сьогодні називають генами.
Але його відкриття не підтримали інші вчені, тому поява генетики датується 1900 роком, коли три наукових фахівців підтвердили відкриття законів Менделя. Історію розвитку науки поділяють на три стадії:
- Перша пов’язана з відкриттям Менделем законів спадковості. Безліч експериментальних схрещувань рослин і тварин, проведених на початку XX століття, повністю підтвердили висновки біолога. Через деякий час данський вчений Йоганнсен запропонував назвати менделевський спадковий завдаток геном і описав терміни «генотип», «фенотип» і «популяція».
- Початок другого етапу пов’язаний з генетичними дослідженнями на клітинному рівні. Вчені, вивчаючи клітини, прийшли до висновку, що гени входять в гомологічні хромосоми, які під час розмноження розподіляються між дочірніми клітинами. На цій стадії біолог з Америки т. Морган відкрив, що під час розмноження клітин між гомологічними хромосомами відбувається обмін. Цей факт мав важливе значення в механізмі спадкової мінливості.
- Передовими результатами в області молекулярних наук характеризується третя стадія. З новими досягненнями з’явилася ймовірність вивчати генетичні закономірності на рівні бактерій і вірусів. У цей період виникла теорія, яка свідчила, що один ген відповідає за один фермент. Останній прискорює конкретну реакцію, яка призводить до утворення ознаки.
В середині XX століття американський психолог Д. Уотсон і англійський біолог Ф. Крік створили спіральну модель ДНК, по якій їм вдалося простежити за копіюванням її молекул.
Закони і основні поняття
Основні закони генетики сформулював Мендель після ряду експериментів і досліджень на рослинах. Правда, за життя його наукові відкриття були маловідомі і оцінювалися досить критично. Закони Менделя:
- Однаковість гібридів першого покоління. При схрещуванні двох гомозиготних організмів, які відрізняються один від одного парою альтернативних ознак, все нове покоління стане однаковим. Алель, який з’явився, вважається домінантним і пригнічує рецесивну ознаку. Наприклад, Мендель провів експеримент зі схрещування гороху з білими та пурпуровими квітами. В результаті потомство вийшло тільки з пурпуровими квітами.
- Розщеплення ознак. Це закон, який доводить, що при схрещуванні гетерозиготних організмів рецесивні ознаки першого покоління не зникають, а просто ніяк не виявляються у зв’язці з домінантним геном. Вони можуть проявитися в другому гібридному поколінні.
- Незалежне успадкування ознак. При гібридизації пари гетерозигот, які відрізняються за двома і більше ознаками, потомство виходить з різноманітною комбінацією генів.
Перші експерименти здійснювалися на багатьох організмах, але потім біологи стали проводити процес моделювання. З’явилися особини, за якими вдалося накопичити багато наукових результатів. З ними легше було працювати в лабораторних умовах.
У підсумку кілька модельних видів стали основними. Крім того, були упорядковані генетичні терміни. З таблиці можна дізнатися основні поняття генетики:
| Термін | Визначення |
| Спадковість | Передача живими організмами своїх ознак і властивостей наступному поколінню. |
| Мінливість | Здатність потомства знайти відмінні ознаки під час індивідуального розвитку. |
| Ознаки | Особливості будови організму або зовнішні результати діяльності генів. |
| Фенотип | Загальні ознаки, які проявляються при розвитку організму. |
| Ген | Певна ділянка молекули ДНК, що відповідає за конкретну ознаку. |
| Генотип | Комплекс генів, отриманих від батьків, які визначають фенотип організму. |
| Алельні гени | Інші форми того ж гена, які розташовані в гомологічних хромосомах. |
| Гомозиготи | Організми, що містять алельні гени з ідентичною молекулярною основою. |
| Гетерозиготи | Особини, що несуть в гомологічних хромосомах різні алелі генів. |
Види схрещувань
Для проведення схрещувань за основу приймаються батьківські форми плодових дерев, у яких досить висока гетерозиготність. Під час селекційних дослідів фахівці обмежуються виведенням гібридів, при відборі яких вдається поліпшити їх властивості та отримати планований результат.
Типи схрещувань в генетиці:
- прості;
- реципрокні;
- циклічні;
- топ-кроси;
- диалельні
- самозапилення;
- неконтрольоване запилення.
Найпростіші експерименти відрізняються тим, що батьківські форми беруть участь тільки в одному поєднанні. Такі досліди неможливо пов’язати в систему, тому їх часто називають незв’язними схрещуваннями.
Проведення системних експериментів важливо в трьох випадках:
- Коли необхідно отримати цінний генотип для подальших селекційних функцій.
- Для виведення потомства з генотиповою мінливістю з обмеженої наявності сортів.
- При необхідності проведення генетичних аналізів успадкування ознак.
Щоб підтвердити або спростувати, що домінування генів пов’язане зі знаходженням їх в цитоплазмі, фахівці проводять реципрокні схрещування. Вони являють собою прямі та зворотні експерименти. Іноді при незадовільному прямому схрещуванні зворотне призводить до позитивних результатів.
Циклічна селекція проводиться за замкнутою схемою, яка дозволяє при малій кількості схрещувань отримати досить різноманітну помісь. До топ-кросу відносяться досліди, що проводяться між деякими вихідними видами та конкретним рядом інших сортів. Цей тип схрещувань володіє популярністю і дає досить багато важливих генотипів.
Такі системи контролюють досить повну комбінаторику генів і доводять їх плейотропність.
При самозапиленні рослина примусово запилюється власним пилком. Такий вид використовується для генетичного аналізу успадкування ознак. Вільне запилення є видом безконтрольного схрещування, яке належить до архаїчного способу виведення потомства.
Значення генетики
Зараз все частіше діти народжуються зі спадковими змінами розвитку і патологічними відхиленнями у функціонуванні важливих органів. До цього призводять шкідливі звички батьків і негативна Екологія.
Відкриті вченими нові результати в області генетики дозволяють впливати на спадковість і запобігають мутаційні процеси. Більшість патологій носить генетичну природу, а саме:
- збільшення або зменшення числа хромосом;
- порушення обміну речовин;
- захворювання, пов’язані з хромосомами.
Такими симптомами володіють:
- гемофілія;
- дальтонізм;
- галактоземія;
- синдром Клайнфельтера.
Знаючи джерела захворювань, вченим легше розробляти методи запобігання мутацій. Селекційні роботи на тваринах і рослинах вже давно стали самостійною наукою, але її основу складають генетичні закономірності спадкування.
Генетична інженерія посилено і успішно працює для фармацевтичної промисловості. Випуск більшості антибіотиків стало можливим із застосуванням генетичної модифікації мікроорганізмів – продуцентів.
